CN108842100A - 一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,先将SiC粉(或者Al2O3晶须)、发泡剂、石墨粉、K2TiF6和稀土氧化物进行预处理,根据质量百分比进行配比并均匀混合,将铝合金锭放入坩埚中加热至完全熔化后,扒去浮渣,将混合好的粉末吹入铝熔体,待完全反应进行除气处理,采用挤压铸造成型,最后进行T6热处理,制得颗粒增强铝基复合材料。本发明采用发泡剂,在高温下放出大量气体,充分搅拌熔体;石墨粉、K2TiF6和稀土氧化物发生碳热反应,提高熔体反应温度,生成TiAl3、TiC和Al2Ti20Ce细化晶粒,使得SiC(Al2O3晶须)颗粒增强铝基复合材料中增强相分布均匀,大幅度提高材料综合性能。

Description

一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域,具体涉及一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术
SiC(Al2O3晶须)颗粒增强铝基复合材料具弹性模量高,耐磨性好、耐高温高压和抗氧化性好的特点,因而被广泛应用于航天航空、汽车制造以及电子封装等领域。虽然SiC(Al2O3晶须)颗粒增强铝基复合材料有不错的应用价值,但该材料在传统的制备过程中存在一些问题,如SiC(Al2O3晶须)与铝熔体的润湿性较差,SiC(Al2O3晶须)颗粒较小,在铝熔体中容易发生团聚,大大影响了材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法。本发明制得的颗粒增强铝基复合材料中颗粒分布均匀,提高了其中SiC(Al2O3晶须)颗粒的利用率,大大降低了成本。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)原料预处理:将SiC粉末或者Al2O3晶须用铝箔包好,于300℃下进行预热2-4小时,进行增强相表面活化处理;发泡剂在200℃下预热2-4小时进行烘干;K2TiF6在150℃下预热1-2小时以去其水分;石墨粉在300-600℃下预热0.5-2小时以去除水分;
(2)原料混合:将步骤(1)预处理好的SiC粉末或Al2O3晶须、发泡剂、K2TiF6、石墨粉和稀土化合物按质量比例配好,并混合均匀,得到混合粉末;
(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至780-820℃之间,待铝合金完全熔化之后,撒上打渣剂,扒去表面浮渣,得到铝熔体;
(4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将步骤(2)得到的混合粉末喷到步骤(3)得到的铝熔体中,780-820℃下保温30-60分钟,使反应物充分反应,得到铝基复合材料;
(5)除气:通入惰性气体进行除气处理;
(6)挤压铸造:将除气后的铝基复合材料进行间接挤压铸造,减少发泡剂带入的气体,得到组织致密的铸件;
(7)T6热处理:将铸件进行T6热处理,得到所述颗粒增强铝基复合材料。
所述发泡剂为TiH2
所述稀土化合物为Ce2O3
步骤(2)中,所述SiC粉末或Al2O3晶须、发泡剂、K2TiF6、石墨粉和稀土化合物的质量比为5~15:1:5~10:1:1。
步骤(5)所述惰性气体为氩气。
步骤(6)所述的间接挤压铸造的工艺参数为:挤压压力为25MPa,模具预热温度为200℃,保压时间为10s。
所述步骤(7)中T6热处理工艺为:在535±5℃下保温5.5小时,水淬,然后在165±5℃下保温4小时。
本发明的有益效果在于:
本发明采用发泡剂,在高温下放出大量气体,充分搅拌熔体;石墨粉、K2TiF6和稀土氧化物(Ce2O3)发生碳热反应,提高熔体反应温度,生成TiAl3、TiC和Al2Ti20Ce细化晶粒,同时进一步搅拌熔体,改善SiC(Al2O3晶须)与铝水的润湿性,使得SiC(Al2O3晶须)颗粒增强铝基复合材料中增强相分布均匀,大幅度提高材料综合性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
一种SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)原料预处理:SiC粉末进行表面活化预处理,将SiC粉末用铝箔包好,放置于300℃的电阻炉中进行预热4小时;TiH2(发泡剂)在电阻炉200℃下烘干2小时;K2TiF6在干燥箱150℃下烘干2小时;石墨粉在坩埚电阻炉中500℃下预热1小时以去其水分;
(2)原料混合:将步骤(1)预处理好的SiC粉、TiH2粉、K2TiF6、石墨粉与Ce2O3按比例配好,并混合均匀,得到混合粉末;本实施例SiC粉、TiH2粉、K2TiF6、石墨粉、Ce2O3的质量比为10:1:5:1:1;
(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至800℃,待铝合金完全熔化之后,撒上打渣剂,扒去表面浮渣,得到铝熔体;
(4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将步骤(2)得到的混合粉末喷到铝熔体中,800℃下保温保温50分钟后,使反应物充分反应,得到铝基复合材料;
(5)除气:通入氩气进行除气处理;
(6)挤压铸造:模具预热200℃,挤压压力为25MPa,保压时间10s,将除气后的铝基复合材料进行间接挤压铸造;
(7)T6热处理:将挤压铸件在535℃下保温5.5小时,水淬,然后在165℃下保温4小时,最后得到一种SiC颗粒增强铝基复合材料。
实施例2
一种SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)原料预处理:SiC粉末进行表面活化预处理,将SiC粉末用铝箔包好,放置于300℃的电阻炉中进行预热2小时;TiH2(发泡剂)在电阻炉200℃下烘干3小时;K2TiF6在干燥箱150℃下烘干1小时;石墨粉在坩埚电阻炉中300℃下预热2小时以去其水分;
(2)原料混合:将步骤(1)预处理好的SiC粉、TiH2粉、K2TiF6、石墨粉与Ce2O3按比例配好,并混合均匀,得到混合粉末;本实施例SiC粉、TiH2粉、K2TiF6、石墨粉、Ce2O3的质量比为5:1:10:1:1;
(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至780℃,待铝合金完全熔化之后,撒上打渣剂,扒去表面浮渣,得到铝熔体;
(4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将步骤(2)得到的混合粉末喷到铝熔体中,780℃下保温保温60分钟后,使反应物充分反应,得到铝基复合材料;
(5)除气:通入氩气进行除气处理;
(6)挤压铸造:模具预热200℃,挤压压力为25MPa,保压时间10s,将除气后的铝基复合材料进行间接挤压铸造;
(7)T6热处理:将挤压铸件在530℃下保温5.5小时,水淬,然后在160℃下保温4小时,最后得到一种SiC颗粒增强铝基复合材料。
实施例3
一种Al2O3晶须增强铝基复合材料的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)原料预处理:Al2O3晶须进行表面活化预处理,将Al2O3晶须用铝箔包好,放置于300℃的电阻炉中进行预热3小时;TiH2(发泡剂)在电阻炉200℃下烘干4小时;K2TiF6在干燥箱150℃下烘干1.5小时;石墨粉在坩埚电阻炉中600℃下预热0.5小时以去其水分;
(2)原料混合:将步骤(1)预处理好的Al2O3晶须、TiH2粉、K2TiF6、石墨粉与Ce2O3按比例配好,并混合均匀,得到混合粉末;本实施例Al2O3晶须、TiH2粉、K2TiF6、石墨粉、Ce2O3的质量比为15:1:8:1:1;
(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至820℃,待铝合金完全熔化之后,撒上打渣剂,扒去表面浮渣,得到铝熔体;
(4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将步骤(2)得到的混合粉末喷到铝熔体中,820℃下保温保温30分钟后,使反应物充分反应,得到铝基复合材料;
(5)除气:通入氩气进行除气处理;
(6)挤压铸造:模具预热200℃,挤压压力为25MPa,保压时间10s,将除气后的铝基复合材料进行间接挤压铸造;
(7)T6热处理:将挤压铸件在540℃下保温5.5小时,水淬,然后在170℃下保温4小时,最后得到一种Al2O3晶须增强铝基复合材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:具体包括如下步骤:
(1)原料预处理:将SiC粉末或者Al2O3晶须用铝箔包好,于300℃下进行预热2-4小时,进行增强相表面活化处理;发泡剂在200℃下预热2-4小时进行烘干;K2TiF6在150℃下预热1-2小时以去其水分;石墨粉在300-600℃下预热0.5-2小时以去除水分;
(2)原料混合:将步骤(1)预处理好的SiC粉末或Al2O3晶须、发泡剂、K2TiF6、石墨粉和稀土化合物按质量比例配好,并混合均匀,得到混合粉末;
(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至780-820℃之间,待铝合金完全熔化之后,撒上打渣剂,扒去表面浮渣,得到铝熔体;
(4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将步骤(2)得到的混合粉末喷到步骤(3)得到的铝熔体中,780-820℃下保温30-60分钟,使反应物充分反应,得到铝基复合材料;
(5)除气:通入惰性气体进行除气处理;
(6)挤压铸造:将除气后的铝基复合材料进行间接挤压铸造,减少发泡剂带入的气体,得到组织致密的铸件;
(7)T6热处理:将铸件进行T6热处理,得到所述颗粒增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述发泡剂为TiH2
3.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述稀土化合物为Ce2O3
4.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述SiC粉末或Al2O3晶须、发泡剂、K2TiF6、石墨粉和稀土化合物的质量比为5~15:1:5~10:1:1。
5.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(5)所述惰性气体为氩气。
6.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(6)所述的间接挤压铸造的工艺参数为:挤压压力为25MPa,模具预热温度为200℃,保压时间为10s。
7.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(7)中T6热处理工艺为:在535±5℃下保温5.5小时,水淬,然后在165±5℃下保温4小时。
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